ÖSTERREICHWEITE ADCP - VERGLEICHSMESSUNGEN AM PEGEL HART IM ZILLLERTAL/ZILLER

Transkript

1 ÖSTERREICHWEITE ADCP - VERGLEICHSMESSUNGEN AM PEGEL HART IM ZILLLERTAL/ZILLER 1. Einleitung 2. Pegel Hart im Zillertal/Ziller 3. Messdurchführung 4. Messergebnisse 5. Zusammenfassung und Ausblick 1. Einleitung Am 19. und 20. September 2012 fanden am Pegel Hart im Zillertal/Ziller die zweiten Österreich weiten ADCP Vergleichsmessungen, organisiert vom hydrographischen Dienst (HD) Steiermark in Zusammenarbeit mit dem HD Tirol als Pegelbetreiber, statt. Motivation für die Durchführung der Messungen war einerseits auf die gemachten Erfahrungen bei den ersten ADCP - Vergleichsmessungen am Pegel Oberaudorf/Inn 2009 aufzubauen, andererseits die verschiedenen Messergebnisse unter erschwerten Messbedingungen, wie bewegte Sohle und höhere Fließgeschwindigkeit miteinander vergleichen zu können. Ein besonderer Dank gilt an dieser Stelle dem HD Tirol für die Adaptierung der Pegelmessstelle und die Bereitstellung der Pegeldaten. Ebenso ist der Verbund Hydro Power AG als Kraftwerksbetreiber der Kraftwerke Mayrhofen und Gerlos zu danken, indem der Durchfluss während der Dauer der Messungen weitgehend konstant gehalten wurde. 2. Pegel Hart im Zillertal/Ziller 2.1. Allgemeine Daten Beobachtungsbeginn: Wasserstand seit 1965 Abfluss seit 1966 Schwebstoff seit 2007 Einzugsgebiet: orographisch: 1094,7 km 2 wirksam: 1125,4 km 2 Flusskilometer: 7,62 km Pegelnullpunktshöhe: 530,95 m ü. A. Ausstattung: Schwebstoff: Pegelstiege mit Lattenpegel Pegelhaus mit Seilkrananlage Pneumatikpegel mit analoger Datenaufzeichnung Datensammler mit Datenfernübertragung, Wassertemperatur- und Schwebstoffsonde 16 Vielpunktmessungen durchgeführt

2 2.2. Hauptwerte des Pegels [m 3 /s]: NNQ: 3,6 ( ) MNQ: 7,13 MQ: 44,64 MHQ: 258,7 HHQ: 530 ( ) 3. Messdurchführung An den Vergleichsmessungen nahmen insgesamt 14 Messtrupps aus drei Ländern mit insgesamt 21 ADCP Geräten teil. Für die Durchführung der Messungen standen eine Messseilbahn, eine Straßenbrücke ca. 50m flussabwärts sowie eine Straßenbrücke ca. 1,2 km flussaufwärts des Pegels zur Verfügung, sodass an drei Profilstellen gleichzeitig gemessen werden konnte. Dabei erfolgten die Messungen an der Messseilbahn mit der Handkurbel, die Messungen an den beiden Brücken erfolgten am Seil. In Tabelle 1 ist angeführt, welche Messtrupps im Einsatz waren und mit welchen Messgeräten gemessen wurde. Messtrupp HD Tirol HD Oberösterreich HD Salzburg HD Burgenland HD Niederösterreich HD Steiermark HD Vorarlberg Via Donau VHP Villach VHP Kaprun ARSO Slowenien LfU Bayern BfG Koblenz WWA Rosenheim Messgerät, Stream Pro, Q-liner, Stream Pro Stream Pro, Stream Pro RiverSurveyor 1200 khz (2 fach) 600 khz 1200 khz Q Boat RiverSurveyor Stream Pro Tabelle 1: Teilnehmende Messtrupps und Messgeräte

3 Es wurde sowohl mit der Moving Boat Methode, als auch teilweise mit der Section by Section Methode gemessen. Zusätzlich wurde eine Flügelmessung als Referenzmessung durchgeführt (Zweipunktmethode nach Kreps). In den Abbildungen 1 und 2 sind die beiden Profile bei den Straßenbrücken, sowie eine Messung am Seil an der Straßenbrücke oberhalb des Pegels dargestellt. Abbildung 1: Profil Straßenbrücke flussabwärts (Foto: HD Tirol) Abbildung 2: Profil Straßenbrücke flussaufwärts (Foto: HD Tirol)

4 4. Messergebnisse Wie schon im Eingangskapitel erwähnt, lagen diesmal schwierige Messbedingungen, wie bewegte Sohle, höhere Fließgeschwindigkeiten und stärkerer Wellengang vor. Zur Überprüfung, ob bewegte Sohle vorliegt wurde eine durchgehende Messfahrt (Schleifenfahrt) durchgeführt, wo dies eindeutig bestätigt werden konnte (Abbildung 3). Abbildung 3: Überprüfung bewegte Sohle durch eine Messfahrt (15:25 Uhr) Abbildung 4 zeigt die Ganglinie des Wasserstandes, Durchflusses (mit aktueller SK) und Schwebstoffkonzentration, wobei zu erkennen ist, dass der Wasserstand und der Durchfluss während der Messzeit weitgehend konstant waren. Auffällig ist jedoch die erste Schwebstoffspitze, die den Umstand des Vorhandenseins einer bewegten Sohle untermauert. Ganglinie Pegel Hart/Ziller vom Abfluss [m3/s] :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 Abbildung 4: Tagesganglinie von Wasserstand [cm] blau, Abfluss [m 3 /s] grün und Schwebstoff [mg/l] braun

5 4.1. mit Moving Boat Methode (MB) Um Aussagen über die Qualität der Messungen treffen zu können, wurden die einzelnen Messfahrten (Transects) einer Kontrolle unterzogen und diejenigen, die fehlerhaft waren (größer als 10 % Abweichung vom Mittelwert) ausgeschieden. Trotz dieser Selektion gab es noch Abweichungen bis rund 10 % von der Referenzmessung wie in Tabelle 2 ersichtlich. Messtrupp Dateiname Q [m 3 /s] Abweichung A [m 2 ] v m [m/s] W [cm] HD Oberösterreich Hart a Ziller_0 59,94-3,5 43,5 1,5 231,2 HD Steiermark HartZiller_0 62,57 0,8 46,3 1,5 232,4 HD Tirol hazi_ _0_riogrande 60,87-2,0 41,5 1,6 232,9 VHP - Villach Hart_Ziller_ _0 57,60-7,2 42,5 1,4 232,1 Via Donau Holzbrücke 61, ,4 1,7 230, _Straße 60,6-2,4 45,5 1,4 233,5 HD Salzburg Station_0 64,69 4,2 46,5 1,6 221,7 VHP - Kaprun Uderns_Brücke2_1 61-1,8 37,5 1,8 232,9 Uderns_Brücke_VHP_1 56,45-9,1 35,3 1,8 231,1 HD Niederösterreich 8000_Hart_0 53,17-14,4 39,3 1,5 230,6 ARSO Slowenien ARSO khz 68, ,4 1,6 230,0 ARSO 2 600kHz 64,63 4,1 44,1 1,6 230,5 ARSO khz Q-Boat 63,52 2,3 45,9 1,5 231,4 ARSO khz 65,82 6,0 44,4 1,6 233,8 BfG Koblenz BfG-KO_Hart_Ziller 61,84-0,4 45,3 1,6 232,0 Tabelle 2: Messergebnisse (MB) Bei den Messeinstellungen wurde von den Messtrupps großteils Water Mode (WM) 12 gewählt, zwei Messtrupps wählten WM 1. Beim Bottom Mode (BM) wurden 5 und 7 ausgewählt. Die Einstellungen WN (Zellenanzahl in die Tiefe), WS (Zellengröße in die Tiefe) und WF (oberer Blankingbereich) wurden unterschiedlich gewählt und sind in Tabelle 3 ersichtlich. Es ergibt sich daraus die Vermutung, dass aufgrund der ausgewerteten Messdaten, die gewählte Messeinstellung WM 1 die für diese Messbedingungen beste Variante darstellt.

6 Messtrupp Dateiname WM BM WS WN WF HD Oberösterreich Hart a Ziller_ HD Steiermark HartZiller_ HD Tirol hazi_ _0_riogrande VHP - Villach Hart_Ziller_ _ Via Donau Holzbrücke/Straße HD Salzburg Station_ VHP - Kaprun Uderns_Brücke2_1/Brücke_VHP HD Niederösterreich 8000_Hart_ ARSO Slowenien ARSO khz ARSO 2 600kHz /10 5 ARSO khz Q-Boat ARSO khz BfG Koblenz BfG-KO_Hart_Ziller Tabelle 3: Gewählte Messeinstellungen der Messtrupps mit (MB) (WM = Water Mode, BM = Bottom Mode, WS = Zellengröße in die Tiefe, WN = Zellenanzahl in die Tiefe, WF = oberer Blankingbereich) 4.2. mit Section by Section Methode (SxS) Das Mittel der Messungen stimmt gut mit der Referenzmessung überein (Tabelle 4). Messtrupp Dateiname Q [m 3 /s] HD Tirol buzi_ _sbs_rio Grande Abweichung A [m 2 ] v m [m/s] W [cm] 63,49 2,2 37,9 1,7 231 VHP - Villach Hart_2 59,81-3,7 41,9 1,4 232 Tabelle 4: Messergebnisse (SxS) Die gewählten Messeinstellungen sind in Tabelle 5 ersichtlich. Messtrupp WM BM WS WN WF HD Tirol VHP - Villach Tabelle 5: Gewählte Messeinstellungen der Messtrupps mit (SxS) (WM = Water Mode, BM = Bottom Mode, WS = Zellengröße in die Tiefe, WN = Zellenanzahl in die Tiefe, WF = oberer Blankingbereich) 4.3. Stream Pro mit Moving Boat Methode Im Gegensatz zu den ersten Österreich weiten Vergleichsmessungen wurde diesmal mit dem Stream Pro Gerät ebenfalls mit dem Geräteträger Trimaran gemessen, da sich damals

7 herausgestellt hat, dass der Stream Pro Geräteträger bei stärkerem Wellengang zu instabil im Wasser lag und viele Messfahrten Ausfälle von Ensembles aufwiesen. Auch hier wurde die gleiche Vorgangsweise wie bei den Messfahrten gewählt und die fehlerhaften Messfahrten ausgeschieden. Betrachtet man die einzelnen Messungen, so ist auffallend, dass ein Großteil dieser doch von der Referenzmessung abweicht (bis ca. 15 %). Auch hier dürfte die bewegte Sohle, sowie Messlücken der Grund dafür sein, dass zu geringe Abflusswerte gemessen wurden, dies bedarf aber noch einer genaueren Betrachtung (Tabelle 6). Messtrupp Dateiname Q [m 3 /s] Abweichung A [m 2 ] v m [m/s] W [cm] HD Steiermark HartZillerMovingBoat_0 55,67-10,4 38,6 1,7 231,4 HD Burgenland _0 51,90-16,4 39,9 1,5 231, _0 54,40-12,4 35,76 1, Brücke_0 61,72-0,6 45,8 1,5 234,7 HD Salzburg Hart SP 60,58-2,4 44,8 1,5 233,2 WWA Rosenheim WWA Rosenheim 54,23-12,7 45,9 1,2 232 Tabelle 6: Messergebnisse Stream Pro (MB) In Tabelle 7 sind die gewählten Messeinstellungen der Messtrupps ersichtlich. Messtrupp WM WS WN WF HD Steiermark HD Burgenland 12 10/8/ HD Salzburg WWA Rosenheim Tabelle 7: Gewählte Messeinstellungen der Messtrupps Stream Pro (MB) (WM = Water Mode, WS = Zellengröße in die Tiefe, WN = Zellenanzahl in die Tiefe, WF = oberer Blankingbereich) 4.4. Stream Pro mit Section by Section - Methode Analog zu den Messungen mit wurden mit dem Stream Pro ebenfalls Section by Section Messungen durchgeführt. Hier zeigt sich eine klare Verbesserung der Abflusswerte gegenüber der Stream Pro Moving Boat - Methode. Die Abflüsse lagen hier um rund 10 % höher, was annähernd der Referenzmessung entspricht. Dies kann als Hinweis dafür gesehen werden, dass bei schwierigen Messbedingungen die Section by Section - Methode zu bevorzugen ist und im Normalfall (bei Durchführung einer Schleifenfahrt zur Kontrolle) auch angewendet wird (Tabelle 8).

8 Messtrupp Dateiname Q [m 3 Abweichung /s] A [m 2 ] v m [m/s] W [cm] buzi_ _sbs_stream HD Tirol pro 62,95 1,4 38,5 1,6 230,2 HD Steiermark HartZillerStreamPro_6 61,77-0,5 37,2 1,7 230,8 HD Salzburg HD Burgenland Hart sxs/12_2 63,49 2,2 44,9 1,4 231,1 hart pda sp 62,91 1,3 44,8 1,4 230, s.b.s_0 57,62-7,2 36,9 1,6 230, sbsb_0 64,90 4,5 43,7 1,5 230 Tabelle 8: Messergebnisse Stream Pro (SxS) Die Messeinstellungen wurden hier von den Messtrupps beinahe ident gewählt (Tabelle 9). Messtrupp WM BM WS WN WF HD Tirol HD Steiermark HD Salzburg HD Burgenland / Tabelle 9: Gewählte Messeinstellungen Stream Pro (SxS) (WM = Water Mode, BM = Bottom Mode, WS = Zellengröße in die Tiefe, WN = Zellenanzahl in die Tiefe, WF = oberer Blankingbereich) 4.5. Messergebnisse anderer Messgeräte Wie schon im Kapitel Messdurchführung erwähnt, kamen auch andere ADCP Geräte zum Einsatz. Dabei wurde vom HD Oberösterreich mit einem Q-liner mit der Section by Section - Methode und vom HD Vorarlberg, sowie vom Landesamt für Umwelt, Bayern mit dem RiverSurveyor, jeweils mit der Moving Boat Methode gemessen. Beim Gerät vom HD Vorarlberg wurden die Messungen mit zwei verschiedenen GPS- Systemen ausgewertet (GPS-VTG, GPS-GGA). Für die korrigierten Messergebnisse wurde hier das System GPS-VTG herangezogen, wobei beide Systeme nur geringe Unterschiede aufweisen. Bei der Auswertung des Landesamtes für Umwelt wurden die Messdaten ebenfalls mit dem System GPS-VTG korrigiert und die besten zwei Messfahrten als Mittel genommen (Tabelle 10). Messtrupp Messgerät Q [m 3 /s] Abweichung A [m 2 ] v m [m/s] W [cm] HD Oberösterreich Q-liner 64,15 3,3 44,8 1,4 230,9 HD Vorarlberg Landesamt für Umwelt (LfU) RiverSurveyor (Brücke) RiverSurveyor (Messseilbahn) 59,22-4,6 42,7 1,4 234,3 61,55-0,9 40,9 1,5 242,5 RiverSurveyor 58,84-5,2 42,7 1,4 230,2 Tabelle 10: Messergebnisse Q-liner (SxS) und RiverSurveyor (MB)

9 5. Zusammenfassung und Ausblick Die zweiten Österreich weiten ADCP - Vergleichsmessungen fanden am 19. und 20. September 2012 am Pegel Hart im Zillertal/Ziller statt. Insgesamt nahmen an den Messungen 14 Messtrupps mit 21 ADCP - Geräten teil. Die erschwerten Messbedingungen wie bewegte Sohle, höhere Fließgeschwindigkeit und stärkerer Wellengang waren absichtlich so gewählt, um eine Aussage zu den einzelnen Messkombinationen und deren Messergebnisse treffen zu können. Die Messungen mit Moving Boat Methode waren von unterschiedlicher Qualität, die größten Abweichungen lagen bei rund 10 %, die geringsten nahe der Referenzmessung. Die Messungen mit mit der Section by Section Methode lagen im Bereich der Referenzmessung. Bei der Stream Pro Messung mit Moving Boat Methode gab es die größten Abweichungen bis rund 15 % von der Referenzmessung. Diese Messkombination dürfte unter den gegebenen Voraussetzungen nur bedingt geeignet sein. Die Stream Pro Messungen mit der Section by Section Methode wiederum bestätigen großteils die Referenzmessung. Auch die Messergebnisse der anderen ADCP Geräte lagen im Toleranzbereich mit Abweichungen bis rund 5 %. Abschließend sei erwähnt, dass eine Pegelmessstelle mit erschwerten Bedingungen ausgewählt wurde und bestätigt werden konnte, dass nicht jede Messkombination und jede Messeinstellung dafür geeignet ist. Ziel ist es, zukünftig die Messeinstellungen der ADCP - Geräte auch auf schwierige Messbedingungen abzustimmen und einen weitgehend einheitlichen Modus dafür zu erstellen.